ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ
ĐỀ TÀI:
KHẢO SÁT THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỔI BỤI LÒ HƠI
CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN TRÊN NỀN SIMATIC S7-300
Học viên: VŨ MẠNH LAI
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN DOÃN PHƯỚC
Lớp: CHK9
Chuyên ngành: Tự động hoá
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Doãn Phước
Ngày giao đề tài: 06/08/2008
Ngày hoàn thành: 15/03/2009 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS.TS: Nguyễn Doãn Phước
HỌC VIÊN
Ninh 1, Quảng Ninh 2, Cẩm Phả 1, Cẩm Phả 2, Mông Dương 1, Mông Dương 2,
Sơn Động, Mạo Khê…
Song song với việc xây dựng các nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện là việc bảo
dưỡng, sửa chữa, nâng cấp nhà máy điện. Hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho
nhà máy nhiệt điện là một trong những hệ thống đóng vai trò quan trọng bởi thổi
bụi đều đặn để duy trì công suất hấp thụ nhiệt của các đường ống lò hơi, tăng hiệu
suất truyền nhiệt của các đường ống sinh hơi, nâng cao tuổi thọ và năng suất lò
hơi. Do hệ thống điều khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện nước ta hiện
nay phụ thuộc vào kỹ thuật nước ngoài, giá thành cao nên việc bảo dưỡng, sửa
chữa, thay thế gặp khó khăn. Vì vậy đề tài: “Khảo sát thiết kế hệ thống điều
khiển thổi bụi lò hơi cho nhà máy nhiệt điện” thay thế hệ thống thổi bụi hiện tại
trong tình trạng bị hỏng hoặc có nỗi phần mềm điều
khiển không khắc phục được
cần phải làm bởi làm được như vậy chắc giá thành sẽ rẻ hơn mà chúng ta hoàn chủ
động trong việc bảo hành, sửa chữa mà không phụ thuộc vào chuyên gia nước
ngoài. Cũng qua đó bản đồ án này đã được hoàn thành, mong muốn có thể từ đây
Luận văn tốt nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2

xây dựng được một hệ thống thổi bụi tại Việt Nam với đặc điểm kỹ thuật và giá
thành hợp lý hơn.
Trong thời gian làm luận văn, với những kiến thức được học trong nhà
trường cùng với tài liệu tham khảo, sách, tạp chí ở ngoài chương trình học tập và
đặc biệt nhờ có sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn
Doãn Phước, các thầy cô trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Đại
học Bách khoa Hà Nội cùng các bạn đồng nghiệp mà tôi đã hoàn thành bản luận
văn này. Tuy nhiên do kiến thức, khả năng còn hạn chế nên không thể tránh khỏi

3

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 1
DANH MỤC HÌNH VẼ 5
Chương 1: Những vấn đề cơ bản của lò hơi
1.1. Vai trò của lò hơi trong nhà máy nhiệt điện 6
1.2. Mô tả sơ lược đặc tính kỹ thuật lò hơi, máy thổi bụi nhà máy nhiệt điện Phả
Lại 2 8
1.3. Vai trò của máy thổi bụi trong nhà máy nhiệt điện 15
1.4. Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển máy thổi bụi 17
Chương 2: Máy thổi bụi
2.1. Mô tả chung máy thổi bụi 18
2.2. Mô tả cấu trúc máy thổi bụi 19
2.3. Giới thiệu hoạt động máy thổi bụi 22
2.4. Thông số cơ chính máy thổi bụi 23
2.4.1. Thông số cơ chính máy thổi bụi ngắn (Wall Blower-WB) 23
2.4.2. Thông số cơ chính máy thổi bụi dài (Long Sootblower-LSB) 25
2.5. Van điều khiển và nguyên tắc vận hành 27
2.5.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống van 27
2.5.2. Thiết kế sơ đồ hệ thống van 29
2.5.3. Chức năng các van 31
2.5.4. Mô tả nguyên lý vận hành của hệ thống van 33
2.6. Bộ điều khiển điện truyền động tuyến tính Modat 34
2.7. Cảm biến (Sensor áp và Sensor nhiệt) 37
2.7. 1.Cảm biến áp suất (Sensor áp kiểu DMP 333) 37
2.7.2. Cảm biến nhiệt độ (Sensor nhiệt - PT100) 39
Chương 3: Giới thiệu PLC Simatic S7-300
3.1. Mở đầu 43
3.2. Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71
PHỤC LỤC 72

Luận văn tốt nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình1.1: Nguyên lý cấu tạo của lò hơi và hệ thống vòi thổi bụi
Hình 1.2: Hình ảnh máy thổi bụi và nguyên lý làm sạch
Hình 2.2: (a) Hình ảnh máy thổi bụi dài; (b) máy thổi bụi ngắn.
Hình 2.3: Động cơ và hộp giảm tốc
Hình 2.4: Gối đỡ ống lao
Hình 2.5: Gối đỡ và hộp chèn ống lao
Hình 2.6: Van hơi và cơ cấu đóng mở
Hình 2.7: Hình ảnh máy thổi bụi và van hơi
Hình 2.8: Nguyên lý làm việc của hệ thống van
Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống van
Hình 2.10: Hình ảnh actuators modact MT
Hình 2.11: Cấu hình của actuator
Hình 2.12: Đầu cảm biến áp lực
Hình 2.13: Cảm biến đo nhiệt độ loại PT100
Hình 3.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình
H ình 3.2: Cấu hình cứng của trạm PLC
Hình 3.3: Hình ảnh modul CPU của PLC S7-300

công nghệ, loại lò hơi này được gọi là lò hơi công nghiệp, có áp suất hơi thấp, sản
lượng nhỏ.
Trong nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay tuốc bin, phục vụ
cho sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp
suất và nhiệt độ cao. Loại này được gọi là lò hơi nhà máy điện. Nhiên liệu đốt
trong lò hơi có thể là nhiên liệu rắn như than, củi, bã mía, có thể là nhiên liệu lỏng
như dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí.
Hình 1.1 trình bày nguyên lý cấu tạo của lò hơi tuần hoàn tự nhiên trong
nhà máy điện.
Nhiên liệu và không khí được phun qua vòi phun số 1 vào buồng lửa số 2,
tạo thành hỗn hợp cháy và được đốt cháy trong buồng lửa, nhiệt độ buồng lửa có
thể đạt tới 1900
0
C. Nhiệt lượng toả ra khi nhiên liệu cháy truyền cho nước trong
dàn ống sinh hơi 3, nước tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành hơi bão hoà. Hơi
bão hoà theo ống sinh hơi 3 đi lên, tập trung vào bao hơi số 5. Trong bao hơi số 5,
hơi được phân ly ra khỏi nước, nước tiếp tục đi xuống theo ống xuống 4 đặt ngoài
tường lò rồi lại sang ống sinh hơi số 3 để tiếp tục nhận nhiệt. Hơi bão hoà từ bao
Luận văn tốt nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
hơi số 5 sẽ đi qua ống góp hơi số 6 vào các ống xoắn của bộ quá nhiệt số 7. Ở bộ
quá nhiệt số 7, hơi bão hoà chuyển động trong các ống xoắn sẽ nhận nhiệt từ khói
nóng chuyển động phía ngoài ống để biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn
và đi vào ống góp để sang tua bin hơi và biến đổi nhiệt năng thành cơ năng làm
quay tua bin.

Hình1.1. Nguyên lý cấu tạo của lò hơi và hệ thống vòi thổi bụi

Lò hơi nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 thuộc loại lò một bao hơi, tuần hoàn
tự nhiên, thông gió cân bằng, buồng lửa thải xỉ khô, quá nhiệt trung gian một cấp
và áp lực dưới tới hạn, phù hợp cho việc lắp đặt ngoài trời. Lò hơi được thiết kế để
đốt than bột với hệ thống phun than trực tiếp (không có kho than bột trung gian và
các máy cấp than bột).
- Đặc tính kỹ thuật của lò hơi ở phụ tải cực đại và định mức như sau:
TT Chỉ tiêu thiết kế
Đơn vị

Trị số
BMCR
RO
1
Lưu lượng hơi quá nhiệt
t/h
921,76
875,57
2
Áp lực bao hơi
kg/cm
2

189,4
187,5
3
Nhiệt độ bao hơi
0
C
360
359

344,1
9
Áp lực hơi ra bộ quá nhiệt trung gian
kg/cm
2

42,71
40,71
10
Nhiệt độ hơi ra bộ quá nhiệt trung gian
0
C
541
541
11
Áp lực nước cấp vào bộ hâm nước
kg/cm
2

192,8
190,7
12
Nhiệt độ nước cấp vào bộ hâm nước
0
C
262
259
13
Nhiệt độ nước cấp ra bộ hâm nước
0

TT
Chỉ tiêu phân tích
Ký hiệu
Trị số
1
Độ ẩm làm việc
Wlv
9%
2
Chất bốc làm việc
Vlv
4,8%
3
Đọ tro làm việc
Alv
30,32%
4
Các bon cố định
Ccđ
55,58%
5
Độ ẩm trong
Wt
1,9%
6
Các bon làm việc
Clv
56,5%
7
Hydro làm việc

15
Tỷ trọng
-
1,05 t/h

- Dầu FO được sử dụng để khởi động lò, ổn định khi cháy kém và hỗ trợ
khi ngừng lò bình thường. Các loại dầu FO có thể sử dụng được là dầu số 4, số 5,
số 6 theo quy định phân cấp của ASTM. Khi chỉ đốt dầu, có thể nâng công suất lò
hơi tới 30 % phụ tải cực đại.

Luận văn tốt nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
- Đặc tính kỹ thuật của dầu như sau:
TT
Chỉ tiêu chất lượng
Đơn vị
Trị số
1 Nhiệt trị cao Kcal/kg
10.000 ÷ 10.600
2 Tỷ trọng tai nhiệt độ 15oc Tấn/lít
0,96 ÷ 0,97
3 Độ nhớt tại 100
0
C cst
5 ÷ 20
4
Điểm chớp cháy

- Buồng đốt được cấu tạo từ các dàn ống sinh hơi. Các ống sinh hơi được
hàn với nhau bằng các thanh thép dẹt dọc theo 2 bên vách ống tạo thành các dàn
ống kín. Các dàn ống sinh hơi tường trước và tường sau ở giữa tạo thành vai lò,
phía dưới tạo thành các phễu tro lạnh. Phía trên buồng đốt, các dàn ống sinh hơi
tường sau tạo thành phần lồi khí động. Trên bề mặt ống sinh hơi vùng rộng của
buồng đốt từ dưới vai lò tới trên phễu lạnh được gắn gạch chịu nhiệt tạo thành
vùng đai đốt bảo vệ bề mặt ống.
- Để ổn định tuần hoàn, các dàn ống sinh hơi được chia thành 20 vòng tuần
hoàn nhỏ. Từ bao hơi, nước theo 4 đường ống nước xuống, phân chia đi vào 20
ống góp dưới trước khi vào các dàn ống sinh hơi. Hỗn hợp hơi nước bốc lên từ các
dàn ống sinh hơi tường 2 bên lò tập trung vào các ống góp trên 2 bên sườn trần lò,
từ các dàn ống sinh hơi tường trước tập trung vào các ống góp trên tường trước và
Luận văn tốt nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
từ các dàn ống sinh hơi tường sau tập trung vào các ống góp trên tường tường sau
của lò. Từ các ống góp này hỗn hợp hơi nước đi vào bao hơi bằng 50 đường ống
lên.
- Theo chiều ra đường khói, phía trên buồng đốt và trên đường khói nằm
ngang bố trí lần lượt các bộ quá nhiệt cấp 2, bộ quá nhiệt cuối cùng, và phần sau
của bộ quá nhiệt trung gian. Phần đường khói đi xuống được chia thành 2 đường,
trước và sau, được phân cách bởi dàn ống phân cách đầu vào bộ quá nhiệt cấp 1.
Đường trước đặt phần đầu bộ quá nhiệt trung gian, đường sau đặt bộ quá nhiệt cấp
1. Lưu lượng khói đi vào 2 đường này có thể điều chỉnh được nhờ các tấm chắn
điện - thuỷ lực trên đường khói ra sau bộ hâm nước.
- Phía dưới bộ quá nhiệt trung gian và bộ quá nhiệt cấp 1 là bộ hâm nước.
Bộ hâm nước thuộc loại chưa sôi, có cánh tản nhiệt và chia thành 2 phần. Một
phần đặt dưới bộ quá nhiệt trung gian còn phần kia đặt dưới bộ quá nhiệt cấp 1. Ra

3
trước khi thải ra môi trường.
- Sau các quạt khói, mỗi lò hơi được lắp đặt một hệ thống khử S02 trong
khói ( FGD). Hệ thống FGD có nhiệm vụ làm giảm hàm lượng S02 trong khói
xuống < 500 mg/m
3
trước khi thải ra môi trường. Một đường khói đi tắt qua hệ
thống FGD có khả năng cho đi tắt 100% lượng khói thoát ra từ lò hơi để đảm bảo
cho lò hơi vẫn vận hành bình thường khi hệ thống FGD không làm việc.
- Lò hơi áp dụng phân ly hơi dạng cyclone. Bao hơi loại không phân ngăn,
đường kính trong 1830 mm, chiều dài phần song song 14100 mm và chiều dày
trung bình 180 mm. Mức nước trung bình trong bao hơi cao hơn so với đường trục
hình học bao hơi là 51 mm.
- Trong bao hơi lắp đặt 98 bộ phân ly hơi dạng cyclone thành 3 hàng, 1
hàng phía trước và 2 hàng phía sau. Hỗn hợp hơi nước từ các đường ống lên đi vào
các cyclone, tại đây n ước được phân ly xuống dưới vào khoang nước, hơi được
phân ly lên trên vào khoang hơi của bao hơi và bốc hơi theo các đường hơi bão
hoà sang bộ quá nhiệt.
- Để đảm bảo chất lượng hơi bão hoà trước khi sang bộ quá nhiệt, trong bao
hơi trang bị 2 cấp rửa hơi, cấp thứ nhất là các tấm lỗ đặt ngay trên các cyclone,
cấp thứ 2 là các tấm cửa chớp đặt trên đỉnh bao hơi trước các đầu vào đường ống
hơi bão hoà.
- Bộ quá nhiệt của lò hơi thuộc loại nửa bức xạ, nửa đối lưu. Theo đường
hơi ra, bộ quá nhiệt bao gồm các bề mặt chịu nhiệt sau đây:
Luận văn tốt nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
• Dàn quá nhiệt trần.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
- Để giám sát buồng lửa, 6 bộ camara được lắp đặt, 4 bộ ở 4 góc lò, 2 bộ ở 2
tường bên phễu tro lạnh đáy lò. Các thiết bị giám sát ngọn lửa bố trí cạnh từng vòi
đốt, các cửa thăm xung quanh lò
- Đặc tính kỹ thuật các vòi thổi bụi:
Nhà chế tạo Diamond Power International inc
* Loại vòi thổi bụi IR-3D
Vị trí lắp đặt
Buồng lửa
Số lượng
20
Số lỗ phun
01
Đường kính lỗ
25,4mm
Áp lực thổi
14,0 kg/cm
2
Góc quay
3600C
Vận tốc quay
2,5V/phút
Thời gian/chu trình thổi
19,9 phút
Lưu lượng hơi/chu trình thổi
556kg
Vật liệu đầu vòi phun
ZG 45 Cr14 N 135 Mn 2

15
Vật liệu đầu vòi
INCOLOY 925
Vị trí lắp đặt
Phía trên của bộ quá nhiệt cấp 2
Số lượng
02
Số lỗ phun
02
Đường kính lỗ
31,75mm
Áp lực thổi
15,6 kg/cm
2

Tổng hành trình
9812mm
Hành trình thổi
9508mm
Vận tốc hành trình
0,0417m/s
Helix (đường xoắn ốc)
100mm
Thời gian/chu trình thổi
15,4 phút
Lưu lượng hơi/chu trình thổi
1736kg
Vật liệu đầu vòi phun
B&W 6330


điều khiển logic có thể lập trình (PLC) trong tuần tự, mà tuần tự này duy trì bề mặt
ống phía ngoài được sạch trong giới hạn cho phép.
Vi
ệc cung cấp hơi cho các vòi thổi bụi được lấy từ ống góp đầu vào của bộ
quá nhiệt cuối cùng và được giảm áp bằng van cung cấp hơi thổi bụi. Áp lực hơi
cho mỗi vòi thổi bụi có thể được điều chỉnh riêng bằng 1 bộ điều chỉnh áp lực trên
mỗi van thổi. Để đầu vòi thổi bụi xuyên qua tường lò hơi mà lại ngăn chặn khói
thoát ra môi trường nơi lắp đặt vòi thổi bụi thì lò hơi của nhà máy nhiệt điện trang
bị một hộp chèn có tác dụng điều áp, khí chèn được lấy từ quạt gió chèn vòi thổi
bụi.
Thường lò hơi của nhà máy nhiệt điện trang bị hệ thống thổi bụi gồm 2 loại
vòi thổi bụi:
- Loại vòi thổi bụi ngắn có thể co lại được (được lắp đặt ở tường
buồng lửa)
- Loại vòi thổi bụi dài có thể co lại được (được lắp đặt ở bộ qua nhiệt, bộ hâm, bộ
sấy…)
Luận văn tốt nghiệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17
1.4. Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển máy thổi bụi
Hệ thống điều khiển máy thổi bụi là một hệ thống rất quan trọng ảnh hưởng
tới chất lượng hoạt động và hiệu suất của lò hơi. Nhiệm vụ của hệ thống điều
khiển là điều khiển máy thổi bụi đưa vòi thổi và hơi thổi vào lò hơi để làm bề mặt
ống phía ngoài của các ống sinh hơi trong giới hạn cho phép. Để đạt được điều
này, hệ thống được thiết kế thực hiện các yêu cầu sau:
- Điều khiển động cơ để đóng mở van
- Điều khiển động cơ máy thổi bụi
- Đảm bảo tất cả các thông chính của quá trình (áp suất, nhiệt độ hơi thổi,

đặc thù riêng nhưng về cấu tạo, nguyên lý cơ bản đều như nhau, bao gồm các
thành phần chính như: Động cơ và hộp giảm tốc, vòi thổi bụi (ống lao), gối đỡ và
hộp chèn ống lao, van hơi và cơ cấu đóng mở… Hình 2.1 mô tả cấu tạo, nguyên
lý cơ bản của máy thổi bụi, hình 2.2 là hình ảnh máy thổi bụi dài và máy thổi bụi
ngắn.

Hình 2.1: Mô tả cấu tạo, nguyên lý cơ bản của máy thổi bụi
M
Van tay
Hơi thổi
Vòi thổi bụi
Động cơ máy thổi
Công tắc hành trình
Luận văn tốt nghiệp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19

a. Máy thổi bụi dài (LSB)

b. Máy thổi bụi ngắn (WB)

21
Ống cấp hơi, gioăng và bích chèn: Bích chèn và gioăng vừa chịu được nhiệt
độ cao của hơi và áp suất cao, đảm bảo kín hơi trong quá trình thổi. Độ chặt có thể
điều chỉnh nhờ cặp bu lông vít hai bên.

Hình 2.5: Gối đỡ và hộp chèn ống lao
Đường cấp gió chèn: Đối với trường hợp máy thổi bụi đặt ở lò hơi có áp
suất dương, nó được lắp thêm bộ phận dẫn gió chèn, bao gồm đường ống và van
cầu gạt tay gần hộp nối tường lò. Nó luôn thổi vào lò với một áp suất lớn hơn áp
suất trong lò, vừa có tác dụng không cho khói lò rò ra ngoài vừa có tác dụng làm
mát hộp nối tường lò.

Hình 2.6: Van hơi và cơ cấu đóng mở
Luận văn tốt nghiệp
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
Van hơi, van xả, cơ cấu đóng mở, cơ cấu điều chỉnh áp suất cho phép người
sử dụng chỉnh áp suất theo yêu cầu thực tế ở từng vị trí lắp đặt. Thân van được làm
từ thép hợp kim đảm bảo hoạt động ở môi trường áp suất và nhiệt độ cao. Cơ cấu
đóng mở được lắp trên thân van, có kết cấu cam và cánh tay đòn. Van đóng mở
thông qua hành trình của máy thổi và các công tắc gạt đặt trên một thanh dọc hành
trình. Toàn bộ máy thổi được che kín chống bụi bám, không có hiện tượng mắc
kẹt khi hoạt động, thiết bị được mạ kẽm, chống han rỉ, có độ bền cao.
Hình 2.7: Hình ảnh máy thổi bụi và van hơi

2.3. Giới thiệu hoạt động máy thổi bụi

Môi chất thổi
hơi
Nhiệt độ làm việc
400
0
C
Áp suất làm việc
44 bar
Áp suất thổi đề xuất
10 bar
Nhiệt độ max
400
0
C
Áp suất sơ cấp max
44 bar
Áp suất thổi max
16 bar
Mức tiêu thụ
29 Kg/phút
Tổng tiêu thụ
260 Kg
4
Các thông số vận hành

Chiều dài hành trình
3800
Góc thổi
360
0